MANUAL DE INTERFASE DE ADQUISICION DE DATOS

Y ENVIO DE SEÑALES POR PUERTO PARALELO

Se disponen de 3 tipos de adquisidores de datos:

a) Multimetros, que se conectan al puerto serial (RS-232) y cuya tasa máxima de muestreo es de 1 dato/segundo.

b) Interfases de adquisición de datos que se conectan por puerto paralelo, con una tasa máxima de muestreo de 5000 datos/segundo y una resolución de 8 bits

c) Tarjetas de adquisición de datos, que se insertan en una bahía PCI o que se conectan por puerto USB. Las tasas máximas de muestreo son de 48,000 a 250,000 datos/segundo y con resoluciones de 14 y 16 bits.

En este manual se describe la operación de las interfases que se conectan por puerto paralelo. Forman una categoría intermedia entre los multimetros y las tarjetas de adquisición descritas en el inciso c. Se han desarrollado en la Facultad de Ciencias de la UNAM con el propósito de mostrar a los alumnos de la carrera de físico los circuitos electrónicos que permiten convertir señales en datos numéricos y por otra parte, enviar señales para el control de dispositivos, por ejemplo, el encendido y apagado de un foco.

Las interfases se construyeron a partir del convertidor analógico/digital 8089. La resolución es de 8 bits, lo que significa que si el intervalo de trabajo es de [-5,5] volts, los valores posibles que se registran son 256, a saber:

(-5.00, -5.00+Dx,-5+2Dx,-5.00+3Dx,….,-5.00+255Dx)

en donde . La frecuencia de muestreo es un parámetro que se puede seleccionar, pero el valor máximo que se puede obtener con este dispositivo es de 5000 datos/segundo.

En la siguiente página se muestra el dispositivo antes de ser montado en una base de acrílico. Se busca que los alumnos y profesores puedan ver como se ha construido la interfase y que ellos mismos puedan plantear modificaciones. Hay varias componentes que se deben resaltar:

1.- Transformador y etapa de rectificación. Sirve para alimentar a la interfase y para proporcionar hasta una corriente de 3 A a los instrumentos que se controlan con ella. Se encuentran en la parte superior de la imagen. El voltaje que produce es de 5 VDC.

Figura 1.- Interfase de adquisición de datos y envío de señales por puerto paralelo. En la parte superior se encuentra un transformador que se conecta a la corriente eléctrica y que junto con un circuito rectificador proporciona un voltaje DC de 5 volts. En la parte inferior derecha se encuentra el conector a un cable paralelo.

2.- Conector a cable paralelo. Permite la conexión entre la computadora y el dispositivo por medio de un cable paralelo. Se encuentra en la parte inferior derecha de la imagen.

3.- Arreglo de leds. Se ubican en la parte superior derecha de la imagen. Permiten al usuario visualizar el envío de datos y conocer que digito esta controlando un dispositivo externo.

4.- Cables de alimentación, de ingreso de la señal y de conexión a un generador de funciones. Los primeros sirven para conectar a la interfase un dispositivo que quiera controlarse, los segundos para enviar la señal que desee digitalizarse y los terceros son los que se conectan a un generador de funciones para establecer la frecuencia de muestreo.

En la versión ya montada hay conectores BNC e interruptores que controlan las diferentes funciones de la interfase.

Para poner en funcionamiento este dispositivo hay que conectarlo a la computadora mediante un cable paralelo macho-hembra, que es distinto a los cables de impresora. También hay que conectar a una toma de corriente alterna de 125 volts. De preferencia estas operación se realizan antes de encender la computadora.

Para poner en funcionamiento este sistema de adquisición de datos hay que ejecutar un programa en C que realiza las siguientes funciones:

a) Usa las bibliotecas del lenguaje C para comunicarse por puerto paralelo con un instrumento externo, en este caso, la interfase.

b) Elige entra las opciones de tomar datos o controlar otro dispositivo.

c) En caso de tomar datos, estos se presentan en una pantalla y/o se envían a un archivo para su posterior análisis.

Para la captura de datos, además de ejecutar el programa, hay que enviar la señal de voltaje por el conector BNC marcado con la leyenda “ENTRADA ANALOGICA”. Se debe tener cuidado de no sobrepasar la tensión máxima permitida, que es de 5 volts en valor absoluto. En caso contrario, puede ocurrir un error de desbordamiento (el valor registrado es incorrecto e igual a +5 volts o -5 volts) o se puede dañar el equipo y/o la computadora.

Un parámetro fundamental es la frecuencia de muestreo. Este se selecciona por medio de un generador de funciones que se conecta a la interfase mediante cable coaxial al conector BNC que tiene la leyenda “FRECUENCIA”. Para que el sistema tome un dato hay que enviar un pulso digital, que según la convención , es una señal de 5 volts. Por lo tanto el generador de funciones debe producir por ejemplo una señal senoidal de amplitud igual o mayor a los 5 volts. La frecuencia de la señal es justamente la tasa de muestreo. Debemos mencionar que la estabilidad de la frecuencia de la señal que produce el generador es también la estabilidad de la tasa de muestreo de la interfase.

Los datos se presentan en la pantalla de la computadora y también se pueden guardar en un archivo para su posterior análisis. Los datos que se deben ingresar a través del programa para el registro de datos en un archivo son:

- Nombre del archivo

- Tamaño de la muestra

El análisis posterior de los datos se puede hacer con el paquete de distribución gratuita scilab, que tiene incluidas funciones como el calculo de la transformada de Fourier, calculo de histogramas, graficación, realización de operaciones matemáticas sobre los datos, ajuste por mínimos cuadrados, etc. Algunos ejemplos de scripts en scilab para realizar varias de las tareas mencionadas se encuentran en la página web:

http://champagn.fciencias.unam.mx/en109503

Otra de las funciones es el control de dispositivos. La propia interfase proporciona la alimentación para su puesta en funcionamiento, por lo que el dispositivo debe de conectarse a las terminales que están marcadas con la leyenda “INSTRUMENTO”. Para ponerla en funcionamiento hay que dar la instrucción desde el programa que controla la interfase, se debe de indicar el momento en que se desea encenderlo y el tiempo que debe permanecer prendido.

El código fuente del programa se puede encontrar en la página web anteriormente citada, en la sección de “programas fuente”. Por el momento se esta trabajando en una segunda versión en Visual Basic en ambiente Windows y se están buscando las bibliotecas equivalentes para su operación en sistema operativo Linux y el compilador gcc.